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Calentamiento global Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 1 Impacto ambiental de la Revolución Industrial • Incremento masivo del uso de energía de origen fósil • Economías de base agraria, con utilización de maquinarias • Rápido y amplio crecimiento en la producción de bienes • Crecimiento sostenido de la población, con migración hacia centros urbanos • Incrementos de medios de transporte y de calidad de vida Algunas consecuencias ambientales de la Revolución Industrial • Contaminación del aire • Polución del agua • Calentamiento global • Precipitaciones ácidas • Deforestaciones • Destrucción de ecosistemas La Tierra por dentro Las capas de la Tierra son esencialmente cuatro: 1. 2. 3. 4. Núcleo interno: mayoritariamente Fe y Ni (1200 km) Núcleo externo (fundido): mayoritariamente Fe, Mg, Ca y S (2250 km) El manto: esencialmente materiales rocosos (2800 km) La corteza: 1. Corteza oceánica: esencialmente roca basáltica (volcánica) (aprox. 7 km) 2. Corteza continental: roca granítica (ricas en Si) o similar (aprox. 35 km) Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 4 La Tierra por dentro Conforme me acerco al centro de la Tierra, la presión (mayor peso gravitatorio) aumenta y por lo tanto la materia se hace más densa. También la temperatura aumenta por la presencia de materiales radioactivos que se fisionan liberando energía y por lo tanto calor. El calor disminuye la densidad de la materia y por lo tanto (como en el agua) busca flotar y asciende; en compensación materia más fría desciende. Este fenómeno se llama convección y es el que transfiere el calor interno de la Tierra hasta nuestra superficie. La Tierra por dentro es nuestra principal fuente de calor. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 5 Fuentes de calor en la Tierra La principal fuente de calor de la Tierra es interna, y es la responsable de los movimientos tectónicos, los terremotos y las erupciones volcánicas. Según las teorías actuales, el centro de la Tierra es una fuente de material radioactivo (núcleos inestables y por lo tanto en constante decaimiento) esencialmente de Uranio-238, Torio232 y Potasio-40. Uranio-238: posee 92 protones y 146 neutrones (92+146 = 238) Torio-232: posee 90 protones y 142 neutrones (90+142 = 232) Potasio-40: posee 19 protones y 21 neutrones (19+21 = 40) Por ser inestables se transforman en elementos más livianos liberando energía y por lo tanto calor. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 6 El Sol La segunda fuente de calor para la Tierra es el Sol. Dicha energía llega a la Tierra en forma de ondas electromagnéticas (luz y radiaciones no visibles). Es el único objeto en el Sistema Solar donde ocurren reacciones nucleares, fuente primaria de la radiación emitida. Estas reacciones nucleares pueden ocurrir debido a que su enorme masa determina altísimas presiones en el centro del astro, las cuáles provocan el choque entre núcleos de H (1 protón) para formar He (2 protones y 2 neutrones): 4H 1 He + otras partículas Por convección esta energía llega a la superficie, y es irradiada como ondas electromagnéticas al espacio. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 7 El Clima El clima es el resultado de la interacción entre la atmósfera, los océanos, las capas de hielos (criósfera), los organismos vivientes (biósfera), los suelos, sedimentos y rocas (geósfera) y la energía del sol. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 8 Cambio climático Se llama cambio climático a la alteración del clima respecto a su histórico promedio y su variabilidad histórica. Los cambios climáticos grandes ocurren aproximadamente cada 100 mil años, con ciclos de avance y retroceso de glaciares, mientras que cada 20 mil a 40 mil años pueden ocurrir períodos secundarios de enfriamiento. Adicionalmente, las actividades humanas han modificado la tasa de cambio climático en los últimos 150-200 años. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 9 Espectro de radiaciones electromagnéticas Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 10 Efecto invernadero en la Tierra La superficie terrestre es calentada por la radiación visible y (en parte) infrarroja provenientes del sol. La luz visible es absorbida por la superficie y es re-emitida como infrarroja. La pequeña porción de gases invernadero (principalmente H2O y CO2) absorbe y re-emite radiación infrarroja, manteniéndose así una temperatura atmosférica apropiada para la vida. Los gases atmosféricos en mayor proporción (N2 y O2) no son gases invernadero. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 11 Composición de la atmósfera Atmos en griego significa vapor, aire. Cada cuerpo celeste posee su propia atmósfera. La atmósfera seca (sin considerar el vapor de agua) de la Tierra tiene la siguiente composición: nitrógeno N2 78.08% en volumen oxígeno O2 20.95% en volumen argón Ar 0.93% en volumen anhídrido carbónico CO2 ~0.03% en volumen El 0,01 % restante incluye aproximadamente un 0,000006% ozono y gran variedad de otros gases presentes en cantidades muy reducidas, llamados gases traza. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 12 La atmósfera Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 13 Distribución de gases en la atmósfera La presión atmosférica decrece con la altura Casi toda la masa gaseosa está cerca de la superficie (50% en los primeros 6 km) Above 99% Above 90% Casi toda la energía es capturada cerca de la superficie Dicha energía es en parte responsable del clima terrestre Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori Above 50% Pressure (mb) 2017 14 Gases invernadero • Los gases invernadero son eficientes en la absorción de radiación infrarroja, transformando esta energía lumínica en calor. El N2 y el O2 no tienen dicha capacidad. • A pesar de estar en pequeñas proporciones, los gases invernadero son esenciales para conservar la temperatura del planeta, entre ellos: H2O – vapor de agua CO2 – dióxido de carbono CH4 – metano (en parte antropogénico -actividad ganadera) HCFCs e HFC (antropogénicos) N2O (Óxido nitroso) O3 (ozono) El más abundante es el vapor de agua y por lo tanto la mayor fracción del efecto invernadero se debe a este gas, que transfiere el calor a los demás gases de la atmósfera. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 15 Agua Por su abundancia es el gas de invernadero de mayor importancia, jugando un papel vital en el balance global energético de la atmósfera. Su ciclo está regulado por los climas y no es de origen antropogénico. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 16 Dióxido de carbono (CO2) Se disuelve en los océanos y es consumido en los procesos fotosintéticos. Fuentes naturales: respiración de organismos, descomposición de materia orgánica, incendios forestales naturales, volcanes, etc. Fuentes antropogénicas: quema de combustibles fósiles, cambios en el uso de suelos (principalmente deforestación), quema de biomasa, manufactura de cemento, etc. Duración: 100 años Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 17 Metano (CH4) Es producto de procesos anaeróbicos y es destruido por reacción con radicales hidroxilo libres (-OH). Fuentes naturales: descomposición de materia orgánica en condiciones anaeróbicas, también en los sistemas digestivos de termitas y rumiantes. Fuentes antropogénicas: cultivos de arroz, quema de biomasa, quema de combustibles fósiles, basureros y cría de rumiantes. Duración: 10 años Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 18 Hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) e Hidrofluorocarbonos (HFCs) Compuestos de origen antropogénico (producción industrial) que están sustituyendo a los CFCs (más contaminantes). Duración: 100 años Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 19 Óxido nitroso (N2O) Es destruido fotoquímicamente. Fuentes naturales: producto natural de océanos y bosques lluviosos. Fuentes antropogénicas: producción de nylon y ácido nítrico, prácticas agrícolas (ciclo del nitrógeno), automóviles con convertidores catalíticos de doble vía, quema de biomasa y combustibles. Duración: 150 años Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 20 Ozono (O3) El ozono en la estratosfera filtra los UV dañinos para las estructuras biológicas. Su concentración varía según la altura. Se forma a través de reacciones que involucran radiación solar, O2 y un átomo solitario de oxígeno. Es generado por procesos industriales y constituye un potente contaminante atmosférico en la troposfera superficial. Es destruido por procesos que involucran a radicales hidroxilos y cloro (Cl, ClO). Duración: 3 meses Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 21 Equilibrio vapor-líquido del agua La combinación de tres factores: distancia al sol, el albedo (% de radiación reflejada) y el efecto invernadero mantienen el equilibrio líquido-vapor del agua en el planeta. El vapor de H2O es un gas invernadero y su presencia en la atmósfera está regulada por las condiciones de presión y temperatura, a través de la evaporación, vientos y precipitaciones. Entonces, la mayor presencia en la atmósfera de CO2, al incrementar el efecto invernadero, podría estar incrementando la evaporación, y por lo tanto la presencia de vapor de agua en atmosfera, potenciando aún más el efecto invernadero. 22 2017 Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori Cambio climático Fuentes antropogénicas Quema de petróleo, gas y carbón para producción de energía y transporte. Cría de ganado Industria Acumulación en la atmósfera de cantidades apreciables de gases invernadero Dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) Oxido nitroso (N2O), Hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) e hidrofluorocarbonados (HFCs) Incrementos del efecto invernadero y consecuencias Aumento global de la temperatura, variaciones locales de temperaturas, y cambios en los patrones de precipitaciones Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 23 Absorción de radiación electromagnética Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 24 25 2017 Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori Datos científicos Según datos del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), organismo fundando por Naciones Unidas, el cambio climático causado por los gases antropogénicos de "efecto invernadero" ha generado los siguientes efectos: 1. Aumento en 0,6° C de la temperatura media de la Tierra en los últimos 100 años, lo que ha generado cambios en la superficie terrestre. 2. Elevación del nivel medio del mar en aproximadamente 30 cm como consecuencia del derretimiento de los glaciares y polos. 3. Las emisiones antropogénicas de CO2 acumuladas entre 1991 y 2010 estarían alrededor de las 1000 gigatoneladas. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 26 Variación de las temperaturas máximas anuales (1951-1990) Karl et al., 1993. A new perspective on recent global warming: asymmetric trend on daily maximum and minimum temperature. Bulletin of the American Meteorological Society. Pages 1007-1023. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 27 Variación de las temperaturas mínimas anuales (1951-1990) Karl et al., 1993. A new perspective on recent global warming: asymmetric trend on daily maximum and minimum temperature. Bulletin of the American Meteorological Society. Pages 1007-1023. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 28 Variación de la brecha entre temperaturas máximas y mínimas anuales (1951-1990) Karl et al., 1993. A new perspective on recent global warming: asymmetric trend on daily maximum and minimum temperature. Bulletin of the American Meteorological Society. Pages 1007-1023. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 29 Consecuencias del incremento del efecto invernadero 1. El descongelamiento de las nieves en las regiones sub-polares afecta la estabilidad de los suelos causando severos daños en las infraestructuras 2. El descongelamiento de los glaciares aumenta el nivel de los océanos, aumentando la salinidad de los suelos costeros, con los consecuentes impactos para la vida silvestre. 3. El calentamiento de las regiones templadas favorece el aumento de vectores (insectos principalmente) y de parásitos, con impactos directos para el hombre (enfermedades) e indirectos (agricultura). 4. Los cambios en los patrones de lluvias fuerza una adaptación de temporadas de siembra y cosecha. 5. Posible incremento de tormentas y huracanes tropicales. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 30 Consecuencias del incremento del efecto invernadero 6. Cambios en la disponibilidad del agua, tras sequías, inundaciones, cambios en las precipitaciones, etc. 7. Para algunas especies existen umbrales de temperatura, los cuales atravesados pueden consecuencias negativas para ellas. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 31 Factores de mitigación 1. Si bien el H2O (vapor) es el gas que más participación tiene en el efecto invernadero, no es un gas que el hombre pueda controlar directamente, ya que proviene de la evaporación de mares, lagos, ríos, etc. 2. Sí en cambio puede controlar la emisión y consumo de CO2, y también la emisión de CH4, N2O, HCFC e HFC. 3. El impacto real del CO2 en la atmósfera estará dado por cómo se estabilicen los otros gases de efecto invernadero, como una consecuencia combinada de sus propias fuentes y de la estabilización del mismo CO2. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 32 Nuestra humilde contribución Utilizar papel reciclado Reducir el consumo de energía eléctrica Limitar el consumo de agua Hacer mayor uso de la energía solar Reciclar envases de aluminio, plástico y vidrio; cartón y papel Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori Utilizar bombillas fluorescentes 2017 33 Nuestra humilde contribución Sembrar árboles alrededor de la casa para reducir el uso de acondicionadores de aire Adquirir productos sin empaque o con empaque reciclado o reciclable Hacer uso eficiente del automóvil Caminar o utilizar transportes públicos Crear conciencia sobre la importancia de tomar acciones dirigidas a reducir el impacto del calentamiento global Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 34 Escenarios climáticos Según el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC) 1. Escenarios A1 1. Rápido crecimiento económico 2. Máximo de población mundial hacia mediados del siglo, disminuyendo posteriormente 3. Rápida introducción de tecnologías nuevas y más eficientes. Tres grupos con alternativas en el sistema de energía: utilización intensiva de combustibles de origen fósil (A1FI), utilización de fuentes de energía no de origen fósil (A1T), o utilización equilibrada de todo tipo de fuentes (A1B). 2. Escenarios A2 1. Mundo muy heterogéneo 2. Autosuficiencia y conservaciones de identidades locales 3. Población mundial en continuo crecimiento 4. Crecimiento económico por habitante y cambios tecnológicos fragmentados. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 35 Escenarios climáticos (cont.) Según el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC) 1. Escenarios B1 1. Mundo convergente, con una población que se maximiza a mediados de siglo, y desciende posteriormente. 2. Rápidos cambios de las estructuras económicas, orientados a economías de servicios e información. 3. Menor utilización de materiales y tecnologías más limpias. 4. A escala global, mundo más sostenible e igualitario. 2. Escenario B2 1. Soluciones locales a la sostenibilidad económica, social y ambiental. 2. Población en aumento, a un ritmo menor que en A2. 3. Niveles de desarrollo intermedios, con cambios tecnológicos mas lentos y diversos que en B1 y A1. 4. Protección del ambiente e igualdad social, pero a nivel local. Ecología y Conservación I - Marcelo Morales Yokobori 2017 36